為什么開(kāi)關(guān)在智能電網(wǎng)應用中很重要

       隨著(zhù)能源成本的上升和環(huán)境意識的提高，能源效率正成為一個(gè)越來(lái)越重要的話(huà)題。智能電網(wǎng)正在變得高度聯(lián)網(wǎng)且高度智能化，從而實(shí)現了前所未有的電源管理程度。

　　這種先進(jìn)管理是由眾多設備提供，其中大部分依靠開(kāi)關(guān)進(jìn)行功能控制，并通常與高級顯示器配合使用來(lái)提供人機界面 (HMI)。

　　由于開(kāi)關(guān)被認為是低成本的簡(jiǎn)單器件，設計人員通常不會(huì )花太多心思考慮。然而，選擇正確的開(kāi)關(guān)可以顯著(zhù)增強產(chǎn)品;相反，選擇錯誤的產(chǎn)品會(huì )導致過(guò)早失效，從而導致保修索賠和品牌聲譽(yù)方面的慘重代價(jià)。

　　在本技術(shù)文章中，C&K 將研究開(kāi)關(guān)技術(shù)在智能電網(wǎng)應用中的作用，并重點(diǎn)介紹一些更受歡迎的常用器件。

　　能源業(yè)務(wù)正在發(fā)生變化：無(wú)論是在我們的家中、辦公室、工廠(chǎng)還是公共場(chǎng)所，隨著(zhù)我們現代生活中的各個(gè)方面越來(lái)越依賴(lài)于技術(shù)，我們也越來(lái)越依賴(lài)于這些技術(shù)背后的電力。然而，能源價(jià)格上漲導致商業(yè)和私人消費者越來(lái)越關(guān)注能源使用，特別是要避免浪費。將此與日益增長(cháng)的環(huán)境意識及對環(huán)境的關(guān)注結合來(lái)看，發(fā)配電業(yè)務(wù)進(jìn)入一個(gè)由智能電網(wǎng)技術(shù)所主導的新階段，也就不足為奇了。

　　雖然大多數配電基礎設施已有數十年歷史，但引入智能電網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現更大的智能控制，從而為供應商和消費者帶來(lái)整體系統可靠性和效益。自動(dòng)化智能電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監控電網(wǎng)狀況，為操作員提供更好的信息，并對許多問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)診斷。它還可以對有限的故障進(jìn)行自動(dòng)響應，例如變更供電路線(xiàn)，快速恢復故障區域，或者至少可以隔離該區域，以防止發(fā)生更廣泛的級聯(lián)故障。

　　從能源管理的角度來(lái)看，智能電網(wǎng)可以管理電能供應，通過(guò)在電費較低時(shí)向消費者發(fā)送自動(dòng)信號，而促進(jìn)在非高峰時(shí)段使用更便宜的電力。在極端情況下，當供應量有限時(shí)，可以對非必要的消費者實(shí)施限電措施，從而保障醫院等基本功能能夠完全、正常地運行。未來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)將成為電網(wǎng)的一類(lèi)大用戶(hù)，智能電網(wǎng)可以完全控制這一點(diǎn)，甚至可以在高峰時(shí)段從停放和連接的車(chē)輛「借用」能量，而在非高峰時(shí)段補充它們。

　　智能電網(wǎng)帶來(lái)了巨大的可能性，包括可以分散發(fā)電，而使小用戶(hù)(甚至是房主)可以為電網(wǎng)提供電能而獲取收益。然而，智能電網(wǎng)的可靠程度與使其獲得「智能」證書(shū)的技術(shù)一樣。

　　智能電網(wǎng)設備

　　雖然構成智能電網(wǎng)的設備種類(lèi)很多，但這些設備分為三個(gè)主要領(lǐng)域：送電、配電和配電自動(dòng)化 ─—如下面圖 1 中的概要所述。

　　圖 1：智能電網(wǎng)依賴(lài)于多種設備的可靠功能

　　雖然所有這些設備在尺寸、成本和功能方面都非常多樣化，但都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們都依靠各種開(kāi)關(guān)來(lái)可靠、重復地執行其功能。

　　這些設備中的開(kāi)關(guān)功能與設備本身一樣多種多樣，但幾乎可以肯定包括為系統提供輸入(單獨使用或與顯示器上的軟菜單配合使用)、與設備通信、重置和激活功能，以及在設備必須保持關(guān)閉以確保安全時(shí)防止篡改。

　　設計人員選擇開(kāi)關(guān)時(shí)的要求

　　通常，設計人員在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)沒(méi)有給與其應有的時(shí)間和關(guān)注。鑒于大多數開(kāi)關(guān)的成本較低且性質(zhì)簡(jiǎn)單，通常工程師在選擇它們時(shí)草草了事而沒(méi)有考慮到所有的相關(guān)點(diǎn)。然而，多種形式的開(kāi)關(guān)是構成較昂貴設備人機界面的基礎，并也因此定義了用戶(hù)對設備的「感覺(jué)」。另外，售價(jià) 0.5 美元的開(kāi)關(guān)過(guò)早失效，有可能導致售價(jià) 10,000 美元的儀器無(wú)法使用。

　　最基本的考慮因素是功能類(lèi)型 —本開(kāi)關(guān)是需要鎖定，還是只需要瞬間按動(dòng)。然后就需要定義刀擲個(gè)數：此舉定義了開(kāi)關(guān)的電氣要求，許多設計人員在此就停止而選擇開(kāi)關(guān)了。

　　但是，還有許多方面需要考慮。智能電網(wǎng)應用中使用的許多儀器/ 設備是在室外使用，或者在可能存在濕氣、污垢或灰塵等相對惡劣的環(huán)境中所使用。此外，這些產(chǎn)品的壽命可能長(cháng)達十年或更長(cháng)。接觸腐蝕和濕氣進(jìn)入是這些環(huán)境中的潛在危險，因此設計人員應考慮開(kāi)關(guān)構造所采用的材料，尤其是觸點(diǎn)材料，以及確保開(kāi)關(guān)具有必要的密封。

　　可靠性非常關(guān)鍵，以便設備可以在其所有使用壽命中可靠地運行。開(kāi)關(guān)的可靠性是以循環(huán)次數為單位衡量的，因此需要對應用以及開(kāi)關(guān)所要執行的功能進(jìn)行一些評估才能正確評價(jià)。信譽(yù)良好的制造商能夠為其產(chǎn)品提供表明其開(kāi)關(guān)循環(huán)壽命的測試數據。

　　開(kāi)關(guān)作為儀器人機界面的一部分，人體工程學(xué)和美觀(guān)很重要，因為它們通常會(huì )影響用戶(hù)體驗及其對設備的(使用)感受。觸覺(jué) —覺(jué)開(kāi)關(guān)的聲音和感覺(jué) — 是開(kāi)關(guān)操作的重要元素, 因為開(kāi)關(guān)的聲音和感覺(jué)向用戶(hù)提供反饋, 讓客戶(hù)知悉開(kāi)關(guān)已運行。選擇具有正確觸覺(jué)的開(kāi)關(guān)可以為儀器提供「高品質(zhì)」的感覺(jué)。

　　開(kāi)關(guān)的外觀(guān)可以輔以顏色來(lái)顯示其功能，例如紅色表示「停止」或綠色表示「開(kāi)啟」?？梢酝ㄟ^(guò)顏色編碼識別具有類(lèi)似功能的多組開(kāi)關(guān)，或者生產(chǎn)商的品牌效果可利用開(kāi)關(guān)顏色來(lái)進(jìn)行增強。

　　智能電網(wǎng)應用中受歡迎的開(kāi)關(guān)

　　雖然智能電網(wǎng)應用中使用的開(kāi)關(guān)類(lèi)型非常廣泛，但某些流行類(lèi)型的使用頻率高于其他類(lèi)型：

　　KSC 系列 — 密封輕觸開(kāi)關(guān)

　　這種單刀單擲 (SPST) 瞬動(dòng)按動(dòng)開(kāi)關(guān)通常用于顯示器激活和控制等應用。

　　圖 2：KSC 系列開(kāi)關(guān)提供總共十種起動(dòng)器選擇，同時(shí)可進(jìn)行其它定制

　　超薄 KSC 專(zhuān)為高達 50mA 和 32VDC 的小信號而設計，產(chǎn)品高度僅為 2.5mm，可配備十種不同類(lèi)型的起動(dòng)器，使其適用于多種應用。該器件密封等級為 IP67，適用于惡劣條件，可選的鍍金鎳觸點(diǎn)具有耐腐蝕性，適用于極低電流。采用金觸點(diǎn)的 KSC，其額定工作溫度范圍為 -40℃ 至 +125℃，操作次數最高可達 500 萬(wàn)次。這種緊湊型開(kāi)關(guān)具有用于 PCB 安裝的「J」或「G」型表貼端子，并提供方便的卷帶包裝。

　　KSC 的一個(gè)關(guān)鍵、獨特的功能是 C&K 能夠用其專(zhuān)用設備調整觸覺(jué)。

　　E 系列 — 觸密封微型鈕子開(kāi)關(guān)

　　E 系列密封微型鈕子開(kāi)關(guān)具有多種配置選擇，可通過(guò) C&K 的「Build-A-Switch」 部件號系統輕松構建，幾乎可用于需要鈕子開(kāi)關(guān)的所有應用。

　　圖 3：E 系列鈕子開(kāi)關(guān)標配有數千種版本

　　E 系列提供單刀、雙刀和三刀配置，提供各種開(kāi)、關(guān)和瞬時(shí)動(dòng)作，可以選擇合適的現貨器件來(lái)滿(mǎn)足幾乎所有要求。開(kāi)關(guān)提供兩種尺寸的鍍鉻起動(dòng)器(以及塑料選件)，所有產(chǎn)品都帶有內部 O 型圈和密封底座結構，符合 IP57 等級。并附帶 UL 94V-0 尼龍套和襯套，可提供 ESD 保護。

　　E 系列開(kāi)關(guān)提供多種連接選擇，幾乎適用于任何應用，包括垂直和直角 PCB 安裝、焊接、導線(xiàn)和快速連接。接觸材料包括金、銀和啞光錫，可根據環(huán)境條件和可靠性需求指定為多種組合。這些開(kāi)關(guān)在滿(mǎn)載(最高 7.5A)下可達到 40,000 次通斷循環(huán)。

　　7000 系列 — 微型鈕子開(kāi)關(guān)

　　7000 系列微型鈕子開(kāi)關(guān)類(lèi)似于 E 系列，但它提供更高水平的密封，適用于特別惡劣的環(huán)境。與 E 系列一樣，7000 系列可以通過(guò)「Build-A-Switch」進(jìn)行配置，提供具有開(kāi)、關(guān)和瞬時(shí)動(dòng)作的單刀、雙刀和三刀配置。它提供的起動(dòng)器選擇更多，包括多種尺寸和顏色的防旋轉和可鎖定位置。

　　可選的鍍金觸點(diǎn)提供可用于惡劣環(huán)境的耐腐蝕性，也可傳導低電平電流。開(kāi)關(guān)采用密封底座結構，符合 IP67 標準，并配有不銹鋼和電鍍元件，是惡劣環(huán)境的理想選擇。

　　與 E 系列一樣，7000 系列的操作次數高達 40,000 次。

　　總結

　　我們的家庭、辦公室、工廠(chǎng)和公共場(chǎng)所在很大程度上依賴(lài)于電力供應，來(lái)對那些已成為我們現代生活中不可或缺的一部分的設備進(jìn)行供電或充電。這意味著(zhù)組成和管理智能電網(wǎng)的設備必須具有很高的可靠性，從而確保我們始終可以使用此電源。

　　每個(gè)智能電網(wǎng)儀器都離不開(kāi)開(kāi)關(guān)，這些器件由于其表面上的簡(jiǎn)單而經(jīng)常得不到設計者的重視。然而，為任何特定應用選擇和部署正確的開(kāi)關(guān)，可以增強每個(gè)智能電網(wǎng)儀器的操作和可靠性。